本钱最低4毛钱！9大制氢方法大解析！谁更有远景？

不同的制氢办法终究孰优孰劣是一个值得考虑的问题！

当时，在方针和商场双驱动下，氢能工业开展迅速，各地纷繁出台方针规划建造加氢根底设备，由此也带动了上游制氢端的快速生长。现在，氢动力的供应首要为化石燃料制氢、工业副产品制氢、电解水制氢、生物质制氢及其他。那种制氢办法合适规划化开展，那种制氢办法的污染少、本钱更低值得探求。现在大部分项目选用化工燃料制氢的阶段，绿氢终究何时才干成为干流？

01化石燃料制氢

化石燃料制氢是传统的制氢办法，也是制氢的老工艺，但依然离不开对化石燃料的依托，并且会排出二氧化碳等温室气体，化石动力制氢首要包含煤制氢、天然气制氢、石油制氢、甲醇制氢等，其间煤和天然气制氢又是化石动力制氢的首要办法。

1、煤制氢

这是当时本钱最低的制氢办法，我国完成大规划制氢的首选技能！

煤炭是传统动力，氢能是新式动力。二者起点不同，但作为动力运用的意图相同。

我国当时的氢气源出产结构仍以煤为主。依据我国煤炭工业协会揭露数据显现，2020年我国氢气产值超越2500万吨，其间煤制氢所产氢气占62%、天然气制氢占19%，工业副产气制氢占18%，电解水制氢仅占1%左右。

在我国，煤气化制氢适用于大规划制氢，由于原资料煤炭资源丰厚，价格较为低价，现已具有了必定的经济性优势和规划效益。煤气化制氢工艺模拟流程，如图所示。

煤炭焦化作为传统煤化工，既是国民经济的重要工业，又是典型的动力转化工业，在我国煤化工职业有无足轻重的位置。焦炉煤气是焦炭出产进程中的副产品，一般出产1t焦炭可副产420m3焦炉气。焦炉煤气组成中含氢气55%～60%vol、甲烷23%～27%vol、一氧化碳6%～8%vol等。以年产100万t的焦炭企业为例，可副产焦炉气4.2亿m3，按2.5m3焦炉气提取1.0m3氢气计，可制取1.68亿Nm3氢气。煤热解制氢工艺模拟流程，如图所示。

由于兼具质料富集、质料本钱较低、技能老练、设备规划大等特性，煤制氢的优势被广泛认可。

本钱较低：“煤制氢最大优势就在于本钱。依据不同煤种折算，规划化制氢本钱可控制在每立方米0.8元左右，有的项目乃至低至0.4-0.5元/立方米。比较天然气、电解水等办法，煤制氢经济性杰出。”我国工程院院士彭苏萍标明。

能效水平：煤制氢也有必定竞争力。石油和化学工业规划院动力化工处副总工程师韩红梅介绍，煤制氢的动力运用功率在50%-60%，而电解水的功率现在只要30%左右。

规划潜力：氢源根底丰厚，正是我国开展氢能的优势之一。”彭苏萍称，我国煤炭资源保有量约1.95万亿吨，假定10%用于煤气化制氢，制氢潜力约为243.8亿吨。而据《白皮书》猜测，到2050年，我国氢气需求量挨近6000万吨。

煤制氢优势杰出，该办法伴生的二氧化碳排放问题却“不能容忍”。特别是在碳减排的火急需求下，煤炭制备1公斤氢气约发生11公斤二氧化碳。只要将二氧化碳捕集、封存起来，“灰氢”变成“蓝氢”才可运用。

2、天然气制氢

全球氢气首要来历为天然气，天然气制氢开展潜力大。

依据Global CCS Institute发布的数据显现：2020年，全球运用天然气(甲烷)出产纯氢的产值占比到达43.8%，仅13.4%的氢气是经过煤炭出产的，经过电解水出产的氢气产值占比不到1%。

天然气制氢是北美、中东等区域遍及选用的制氢道路。工业上由天然气制氢的技能首要有蒸汽转化法、部分氧化法以及天然气催化裂解制氢。天然气制氢开展潜力大，但现在存在资源束缚和本钱较高的问题。

天然气制氢中的甲烷水蒸汽重整制氢（SMR）在天然气制氢技能中开展较为老练、运用较为广泛。其出产进程需求将质料气的硫含量降至1ppm以下，以避免重整催化剂的中毒，因而制得氢气的杂质浓度相对较低。我国天然气资源供应有限且含硫量较高，预处理工艺杂乱，导致国内天然气制氢的经济性远低于国外。

与煤制氢设备比较，用天然气制氢产值高，排放的温室气体少，是化石质料制氢道路中抱负的制氢办法。可是，我国国内现在天然气资源匮乏，大多依托于进口。国内干流的工业制氢办法依然是煤制氢，天然气制氢之路依然需求要害。降本和技能打破也是天然气制氢的两大关卡。

3、石油制氢

多运用在石化职业

石油制氢质料一般不直接用石油制氢，而用石油开始裂解后的产品，如石脑油、重油、石油焦以及炼厂干气制氢。

选用炼油副产品石脑油、重质油、石油焦和炼厂干气制氢，在制氢本钱上并不具有优势。假如将这些质料用于炼油深加工能够发挥更大的经济效益，因而，不主张将炼油副产品制氢作为炼油厂制氢的开展方向，而应该考虑可再生动力制得的氢气。

4、甲醇制氢

甲醇制氢设备规划灵敏，但稳定性、牢靠性差。

一直以来，中科院副院长、院士张涛曾多次揭露标明，“绿色甲醇能量密度高，是抱负的液体动力储运办法。运用可再生动力发电制取绿氢，再和二氧化碳结合生成便利储运的绿色甲醇，是通向零碳排放的重要途径。”

工业上一般运用CO和氢气经过羰基化反响出产甲醇，甲醇制氢技能则是组成甲醇的逆进程，可用于现场制氢，处理现在高压和液态储氢技能存在的储氢密度低、紧缩功耗高、输运本钱高、安全性差等坏处。按工艺技能区别，甲醇制氢技能包含甲醇裂解制氢、甲醇蒸汽重整制氢和甲醇部分氧化制氢3种。

甲醇制氢设备出资低，建造周期短，制氢设备规划灵敏，并且质料易获取，可是甲醇制氢本钱较石油制氢、天然气制氢与煤制氢要高，稳定性、牢靠性差。因而，开发能够满意用户需求的高效、牢靠的甲醇制氢体系是促进以甲醇作为氢能载体的氢能相关工业开展的技能要害。现在张家口有甲醇制氢撬装站的演示项目，这种站内制氢加氢的办法能够极大进步加氢站的安全功能，比照低温液态储氢，这种办法的本钱也相对低价。作为参加这种技能的蓝科高新12月14日发布公告内容显现：“液态阳光加氢站是公司试制产品，量产需要时日，其商业化存在不确定性，在该事务范畴公司现在没有在手订单，由于商场全体配套设备尚不老练，不具有商场推行条件。”

由此可见，甲醇制氢商场化之路还需求很长的时刻去走。

02工业副产品制氢

工业副产品制氢关于氢燃料电池汽车工业开展具有很大的收回运用潜力。

工业副产氢是在工业出产进程中氢气作为副产品，包含炼厂重整、丙烷脱氢、焦炉煤气及氯碱化工等出产进程发生的氢气，其间只要炼厂催化重整出产进程的氢气用于炼油加氢精制和加氢裂化出产设备，其他工业进程副产的氢气大部分被用作燃料或放空处理，基本上都没有被有用运用，这部分工业副产氢关于氢燃料电池汽车工业开展具有很大的收回运用潜力。

焦炉气、氯碱、丙烷脱氢制丙烯和乙烷裂解制烯烃副产的粗氢气能够经过脱硫、变压吸赞同深冷别离等精制工序后作为燃料电池车用氢源，本钱远低于化工燃料制氢、甲醇重整制氢和水电解制氢等道路。近几年由于氢能的开展，对工业副产氢的运用现已得到职业的高度注重，许多动力企业及化工企业与氢能开发出资商积极合作，探究高效运用工业副产氢以开展氢能的途径，往后关于工业副产氢的运用具有杰出的远景。

03电解水制氢

电解水制氢是未来最有开展潜力的绿色氢能供应办法。

跟着日益增长的低碳减排需求，氢的绿色制取技能遭到广泛注重，运用可再生动力进行电解水制氢是现在很多氢气来历计划中碳排放最低的工艺。

水电解制得的氢气纯度高，操作简洁，但需耗电。依据石油和化学工业规划院计算，我国电解水制氢设备约1500-2000套，产值约10-20万吨。与大规划光伏发电或风力发电配套的电解水制氢设备正在进行小规划演示。

现在国内碱性电解水制氢本钱在各电解水制氢技能道路中最具经济性。

在技能层面，电解水制氢首要分为AWE、PEM水电解，固体聚合物阴离子交流膜（AEM）水电解、固体氧化物（SOE）水电解。

其间，AWE是最早工业化的水电解技能，已有数十年的运用经历，最为老练；PEM电解水技能近年来工业化开展迅速，SOE水电解技能处于开始演示阶段，而AEM水电解研讨刚起步。从时刻尺度上看，AWE技能在处理近期可再生动力的消纳方面易于快速布置和运用；但从技能视点看，PEM电解水技能的电流密度高、电解槽体积小、运转灵敏、利于快速变载，与风电、光伏（发电的波动性和随机性较大）具有杰出的匹配性。跟着PEM电解槽的推行运用，其本钱有望快速下降，必定是未来5~10 年的开展趋势。SOE、AEM水电解的开展则取决于相关资料技能的打破状况。

电解水制氢纯度等级高，杂质气体少，易与可再生动力结合，被认为是未来最有开展潜力的绿色氢能供应办法。

04生物质制氢

家庭、农业、林业等发生的生物质可用于出产氢气。质料包含杨树、杨柳和柳枝，以及来自厌氧消化或废物填埋所发生的沼气等。生物质能够运用老练的技能进行气化，乃至在气化进程中与煤或废塑料一起反响，假如与碳捕获技能结合，就有或许出产出负碳氢。沼气有额定的净化要求，能够经过类似于蒸汽甲烷重整（SMR）的进程进行改造以发生氢气。

05太阳能光解水制氢

太阳能光解水制氢不只能够获得清洁的氢能，一起能够将间歇性的太阳能存储起来，具有宽广的运用远景。

太阳能直接热分化法是将太阳能反响器集合的光能直接用于加热水，使水在超高温（＞2500 K）下直接分化为H?和O?；光催化分化运用了半导体受光激起发生的光生电子-空穴对的氧化复原才能分化水，然后生成H?和O?；光电化学分化制氢技能是经过由光阳极和光阴极组成的光电化学池来分化水的制氢技能；热化学循环制氢在不同阶段不同温度下，运用其他元素或化合物作为中心产品，使水经过多进程化学反响后别离发生H?和O?，而中心产品无损耗循环运用。

06核能制氢

核能制氢用能需求比电解水低8倍。

核电好像和氢能是不相关的两种动力运用办法，但近来有研讨标明，运用核能制氢才是低本钱开展氢能的正解！尤其是像日本这样风电光伏资源相对单薄的国家，大力开展氢能首要想运用的便是核能制氢。“核能制氢具有不发生温室气体、以水为质料、高功率、大规划等长处，是未来氢气大规划供应的重要处理计划。”中核集团董事长余剑锋早在两年前就在承受媒体采访时这样说。

热化学制氢是将核反响堆与热化学循环制氢设备耦合，以核反响堆供应的高温作为热源，使水在800℃至1000℃下催化热分化，然后制取氢和氧。现在，国际上公认最具运用远景的催化热分化办法是由美国开发的硫碘循环，其间的硫循环从水中别离出氧气，碘循环别离出氢气。

另一种核能制氢的办法是甲烷热分化（TDM）或简称为甲烷热解。运用镍催化剂后，让甲烷在在500-700°C的温度规模完成热解，此进程中发生的碳是纯固体碳或炭黑，这种办法省去了碳捕捉的处理，其固体的碳能够作为碳纤维资料加以运用。高温气冷堆刚好在发生反响的进程中会发生很多的热能资源，将其加以运用便是出产氢能的最佳途径。

Terrestrial Energy公司的首席技能官David LeBlanc博士说，“运用核能进行甲烷热解的一个要害优势在于，它制氢的能量需求极低，简直比水电解低8倍，而发生的氢能比低温电解水高出几倍。”

不过核能制氢想要完成规划化运用，最需求注意的便是安全问题。由于核电运用自身就存在必定的危险性，再加上氢能的易燃易爆的特色，怎么保证核能制氢的安全性就显得尤为重要。

煤制氢：流程长，运转相对杂乱，因煤炭价格相对较低，制氢本钱低。

天然气制氢：尽管适用规模广，可是质料运用率低，工艺杂乱，操作难度高，并且生成物中的二氧化碳等温室气体使之环保性下降。

工业副产品制氢：运用工业产品副产品，本钱较低。可是以焦炉气制氢为例，不只受制于质料的供应，建造地址需依托焦化企业，并且质料具有污染性。

电解水制氢：产品纯度高、无污染，可是高本钱约束其推行。

光解水与生物质制氢：技能没有老练，完成商业化还需必定的时刻。

07绿氢制取将是未来干流办法

制氢进程依照碳排放强度分为灰氢（煤制氢）、蓝氢（天然气制氢）、绿氢（电解水制氢、可再生动力）。当时，全球制氢工艺仍将以天然气和煤制氢为主。欧美部分国家现已针对可再生动力电解水制氢进行很多的研讨及运用并获得必定的开展。氢能工业开展初衷是零碳或低碳排放，因而灰氢、蓝氢将会逐步被根据可再生动力的绿氢所代替，运用太阳能、风能、核能等新动力制取真实的“绿氢”将是首要趋势，绿氢是未来动力工业的开展方向，也是完成碳中和的重要途径之一。

在当时太阳能等新动力制氢技能没有老练的实际条件下，化石质料制氢必将担任首要人物，未来氢能工业必将是化石质料制氢与电解水制氢以及新动力制氢多种办法共存、多元化开展的供应格式。